JP6355517B2 - 橋梁検査ロボットシステム - Google Patents

Description

本発明は、例えば橋梁の床版の下面や鋼鈑桁等の点検に好適な橋梁検査ロボットシステムに関し、国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２６年度〜平成３０年度、独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「インフラ維持管理・更新等の社会課題対応システム開発プロジェクト／インフラ維持管理用ロボット技術・非破壊検査装置開発／複眼式撮像装置を搭載した橋梁近接目視代替ロボットシステムの研究開発」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）である。

河川橋や高架橋等の種々の橋梁では、架設後の維持管理の一環として定期的に点検を行い、構成部材の劣化の状況や損傷を確認している。橋梁の点検は、点検員が部材に接近して目視するいわゆる近接点検が一般的である。

橋梁には、例えば床版の下面や、床版の下面に配置された鋼鈑桁の主桁と主桁の間の部分等のように、点検員の接近が困難な部位が存在する。このような部位の近接点検を行うために、床版の下面の桁に沿って仮設足場を配置して点検員を主桁や床版に接近させたり、高所作業車を用いて点検員を床版の下面に接近させたりしている。

しかしながら、床版の下面に仮設足場を配置する場合、大きな手間とコストがかかる不都合がある。また、床版の下面を作業車で点検する場合、大型車両である車両本体を床版上に停止させて道路の一部を占有する必要があり、道路の交通に影響を与える不都合がある。

このような不都合を解消するため、カメラを搭載し、橋梁の桁の下端部に係合して走行するように構成された作業台車が提案されている。例えば、特許文献１に記載の作業台車は、作業台車に揺動自在に取り付けられた複数のアームの先端に鼓状の車輪をそれぞれ設け、これらの鼓状の車輪で橋梁のＩ型鋼材からなる桁の下フランジの両端縁を挟み込み、上記車輪を駆動して作業台車を桁に沿って走行させている。作業台車は、車輪による走行とカメラの動作が遠隔操作され、橋梁の所定の部位に接近してカメラで撮影を行う。これにより、遠隔位置の点検員がカメラの映像を視認して、橋梁を点検している。

特許文献２に記載の橋梁点検装置では、橋梁の桁に沿って架設される２本のワイヤロープと、このワイヤロープ上を走行する台車と、台車に搭載した点検機器とを用いて、橋梁を点検している。台車は、走行車輪の他に、桁の下フランジに接触する反力車輪を備えている。反力車輪は、ダンパー装置によって下フランジに押圧され、これに伴う反力により走行車輪がワイヤロープに押圧され、桁に沿って台車を確実に移動させている。

特開２００３−１１９７２１号公報 特開２０１３−１９４４５７号公報

例えば高速道路の橋梁は橋脚、鋼鈑桁、床版などから構成されているものがある。橋脚は、橋梁の長手方向に離間して配置され、鋼鈑桁、床版などを受ける基礎部材である。橋脚の上面には鋼鈑桁が配される。鋼鈑桁は、複数の主桁とこれらを繋ぐ横桁、対傾構などから構成され、上部に例えば鉄筋コンクリート製の床版が固定される。主桁は、複数のＩ型鋼材を添接板で連結して構成されている。Ｉ型鋼材は、垂直板とこれの上下端に配されるフランジとからＩ型に構成されている。添接板はボルトナットによる締結や、溶接等によりＩ型鋼材に取り付けられている。対傾構は複数の部材を例えば三角形に組み合わせた構造である。

このように鋼鈑桁は、主桁の間に横桁や対傾構の各種補強部材が架設される他に、長手方向に添接板やその固定ボルト等が一定間隔で配されている。このため、特許文献１のような台車を用いて橋梁の下面等を撮影しようとしても、これらの各種補強部材や添接板などが台車の進行を妨げてしまうという問題がある。例えば、主桁の垂直板の側面に垂直補剛材が設けられている場合がある。この垂直補剛材は、垂直板に直交する方向に延在されて、下フランジの縁端に達する幅を有することがある。このような場合に、特許文献１の作業台車では、下フランジの両端縁を挟み込む車輪が垂直補剛材を乗り越えることが困難であり、その結果、主桁に沿って走行する範囲が制限されるという問題がある。また、カメラに支持部材を設けてカメラを台車の上方へ突出させて鋼鈑桁の内部を撮影しようとする場合に、支持部材が各種補強部材に当たってしまい、作業台車の進行の障害となってしまう。

更に、特許文献１の作業台車は、鼓状の車輪が係合する下フランジの厚みが大きい場合に、車輪の係合が解除されやすい問題がある。このため、下フランジの厚みよりも大きくなる添接板による接合部分で車輪が脱落してしまうおそれがある。

特許文献２のように、ワイヤロープを用いて作業台車を走行させる場合には、各種補強部材を避けるようにワイヤロープを主桁に平行に設ける必要がある。このため、点検員が鋼鈑桁の近くまで行き、点検対象の鋼鈑桁を目視により確認し、且つこれらの各種補強部材を避けつつ、ワイヤロープを張る必要がある。このように点検作業の前の予備作業であるワイヤロープ張り作業に、時間と手間を要するという問題がある。

また、特許文献１又は２に記載の点検装置では、点検対象である隣接する主桁同士の内側を点検することはできるものの、点検対象の主桁の外側を点検する場合には、作業台車を点検対象側に再度取り付ける必要があり、作業効率が低下する。

本発明は、橋梁の構造による移動の制限を少なくして、橋梁の下面部分を確実に点検することができる橋梁検査ロボットシステムを提供することを目的とする。また、カメラや台車を再度取り付けることなく、点検対象の反対側の主桁や床版下面を容易に点検することができる橋梁検査ロボットシステムを提供することを目的とする。

本発明の橋梁検査ロボットシステムは、下フランジを有する複数の主桁を、主桁の長手方向に直交する方向に離間して並べてなる橋梁を検査する。この橋梁検査ロボットシステムは、第１懸垂台車及び第２懸垂台車と、レールと、カメラと、画像処理部とを備える。第１懸垂台車及び第２懸垂台車は、複数の主桁に取り付けられて主桁の長手方向に走行する。レールは、第１懸垂台車及び第２懸垂台車に取り付けられ、第１懸垂台車及び第２懸垂台車が取り付けられる主桁の間隔よりも長く形成され、少なくとも一方の懸垂台車から突出する。カメラは、レールに取り付けられて走行し、一方の懸垂台車を超えて移動する。画像処理部は、自動モード及び手動モードのモード切換部をもち、自動モードでは、カメラの撮影データに基づき橋梁の損傷部を特定し、損傷部のサイズまたは評価を記録する。

第１懸垂台車及び２懸垂台車は、主桁の下フランジの上面に当接し、主桁の長手方向に離間して配置される第１車輪及び第２車輪と、第１車輪及び第２車輪を個別に下フランジの上面に接触する走行位置、下フランジの上面から退避した退避位置の間で変位する第１変位部及び第２変位部とを有することが好ましい。この場合には、懸垂台車の進行方向に突出物がある場合に、各車輪を退避させて突出物がある部分を通過することができる。なお、退避位置とは、懸垂台車の走行時に車輪が障害物に当たることなく走行の障害とならない位置を言う。

第１変位部及び第２変位部は、第１車輪及び第２車輪の走行の障害となる障害物を検出する障害物センサを有し、障害物センサからの障害物検出信号に基づき第１車輪又は第２車輪を走行位置から退避位置にすることが好ましい。この場合には、各車輪を障害物から確実に退避することができ、障害物がある部分を確実に通過することができる。

障害物の主桁長手方向長さに比べて、懸垂台車に主桁の長手方向に離間して配される第１車輪及び第２車輪の主桁長手方向でのオフセット長さが長いことが好ましい。この場合には、障害物から退避する車輪の他に、下フランジに当接して懸垂状態を維持する車輪が常に確保されるため、懸垂台車が下フランジから脱落することがなくなる。

第１懸垂台車及び２懸垂台車は、主桁の下フランジの上面に当接し、主桁の長手方向に離間して配置される第１車輪及び第２車輪と、第１車輪及び第２車輪を個別に下フランジの上面に接触する走行位置、下フランジの上面からの突出物を乗り越える乗り越え位置の間で変位する第１変位部及び第２変位部とを有することが好ましい。この場合には、懸垂台車の進行方向に、突出物がある場合にこれを乗り越えて通過することができる。

カメラは、カメラ本体と、カメラを昇降させる昇降部と、昇降部をレール上で移動させる走行台とを有することが好ましい。この場合には、カメラを橋梁の下面部の任意位置にセットすることができ、死角の無い画像を得ることができる。

カメラ本体は、複数の視差画像を得る二眼カメラであることが好ましい。この場合には視差を利用して、橋梁の損傷部のサイズや位置を知ることができる。

画像処理部は、複数の視差に基づき複数の主桁間にある部材の位置をカメラ本体からの距離として検出し、懸垂台車及びカメラ台車の移動距離に基づき部材の三次元座標位置を特定し、三次元座標位置に基づき部材を回避するカメラ本体の撮影位置を特定することが好ましい。この場合には、各種補強部材を無くした透視画像を得ることができる。

第１懸垂台車及び第２懸垂台車は、下フランジの下面に接触する下面接触車輪を有することが好ましい。この場合には、第１車輪及び第２車輪を確実に下フランジの上面に接触させることができる他に、第１車輪又は第２車輪が退避位置になった時に懸垂台車の姿勢が保持されるため、安定した走行が可能になる。

第１及び第２懸垂台車とカメラとを遠隔操作するコントローラを有することが好ましい。この場合には、任意の位置にカメラをセットして所望のエリアを撮影することができる。

本発明によれば、橋梁の構造による移動の制限を少なくして、橋梁の下面部分を確実に点検することができる。また、カメラや台車を再度取り付けることなく、点検対象の反対側の主桁や床版下面を容易に点検することができる。

本発明の橋梁検査ロボットシステムの橋梁検査状態を示す正面図である。図である。 懸垂台車とカメラの動きを示す正面図である。 懸垂台車の一部を切り欠いて示す正面図である。 懸垂台車の車輪の配置とカメラ台車とを示す平面図である。 カメラを示す斜視図である。 他の実施形態における懸垂台車の車輪の配置とカメラ台車とを示す平面図である。 他の実施形態における懸垂台車の変位部を示す正面断面図である。 他の実施形態における懸垂台車の転接の動きを示す側面図である。

図１に示すように、本発明の橋梁検査ロボットシステム１０は、第１懸垂台車１１及び第２懸垂台車１２と、レール１３と、障害物センサ（障害物検出部）１４（図４参照）と、カメラ１５と、画像処理部１６（図３参照）とを備える。

検査対象の橋梁２０は、例えば橋脚２１、鋼鈑桁２２、鉄筋コンクリート製の床版２３から構成されており、橋脚２１の上に鋼鈑桁２２により床版２３が固定されている。以下、説明の便宜上、橋梁長手方向をＸ軸方向とし、橋梁長手方向に直交する幅方向をＹ軸方向とし、上下方向をＺ軸方向として説明する。

図２及び図３に示すように、鋼鈑桁２２は、橋梁２０の長手方向に配される複数の主桁２５と、これら主桁２５を繋ぐ横桁（図示省略）や対傾構２６などの補強部材とから構成されている。主桁２５は、複数のＩ型鋼材３０を添接板３１により連結して構成されている。Ｉ型鋼材３０は、垂直板３０ａの上端に上フランジ３０ｂ、下端に下フランジ３０ｃを配した断面がＩ型に構成されている。添接板３１は図示省略のボルトナットによる締結や、溶接等によりＩ型鋼材３０に取り付けられており、Ｉ型鋼材３０同士をＸ軸方向に連結する。

対傾構２６はＬ型鋼材２７、取付板２８等を用いて三角形を基本とする補強部材として構成されている。対傾構２６の他にＩ型鋼材３０の間には、荷重分散横桁、補強横桁などの各種部材が配されているが、これらの図示は省略している。

図４に示すように、第１懸垂台車１１は、矩形状の基台４０と、基台４０に取り付けられる第１〜第３車輪４１〜４３と、下面接触車輪４４と、連結ブロック４５（図２参照）とを有する。第１〜第３車輪４１〜４３は、第１〜第３変位部４６〜４８により、図２及び図３に実線で示す走行位置と、二点鎖線で示す退避位置との間で変位する。なお、本実施形態では、予め予想される全ての障害物に対して退避可能なように最大開き角度となる一定位置を退避位置としている。しかし、障害物に対して各車輪４１〜４３が当たることが無い位置であればよく、障害物のサイズに応じて退避位置（退避角度）を変更してもよい。

図４に示すように、第１車輪４１，第２車輪４２は、基台４０の一方の側縁部近くで前端側及び後端側の角部近くに設けられている。第３車輪４３は、基台４０の他方の側縁部近くでＸ方向中間位置に設けられている。左右の車輪は、例えば第１車輪４１と第３車輪４３との間、第３車輪４３と第２車輪４２との間で、互いにＸ軸方向にずらして配置されている。ずらし長さ（オフセット長さ）Ｌ２は、Ｘ軸方向での障害物長さＬ１よりも、長く設定されている。このオフセット長さＬ２を有することにより、一方の側縁部の車輪、例えば第１車輪４１が障害物である添接板３１を回避するために退避位置になっている時には、一方の残りの車輪、例えば第２車輪４２や他方の側縁部の車輪、例えば第３車輪４３は下フランジ３０ｃの上面に確実に当接する。これにより、常に二点で懸垂されるので、下フランジ３０ｃから懸垂台車１１，１２が脱落することを阻止する。また、下面接触車輪４４が下フランジ３０ｃの下面に接触しているので、懸垂台車１１，１２が傾斜することなく水平姿勢が維持される。

図３に示すように、下面接触車輪４４は、基台４０の中央部に支持ブラケット５０により取り付けられている。支持ブラケット５０は、下面接触車輪４４を回転自在に保持し、且つ下フランジ３０ｃの下面に向けて下面接触車輪４４を図示省略のコイルバネ等により押圧する。支持ブラケット５０は、第１〜第３変位部４６〜４８のように、変位することはない。

各車輪４１〜４４はモータを内蔵しており、第１コントローラ５１の制御により各車輪４１〜４４が同期して回転する。これにより、第１懸垂台車１１は下フランジ３０ｃから下方に懸垂した状態でＸ方向に走行する。なお、モータ内蔵型車輪の代わりに、外部モータにより各車輪４１〜４４を回転させてもよい。

第１変位部４６は、車輪保持ブラケット５５と、車輪保持ブラケット５５を揺動自在に保持する揺動部５６とを有する。車輪保持ブラケット５５は、下フランジ３０ｃの上面に対して第１車輪４１が垂直に接するようにＬ字状に折り曲げられている。第１変位部４６の揺動部５６は、図示省略のモータにより車輪保持ブラケット５５を揺動させて、第１車輪４１を下フランジ３０ｃの上面に接触させる走行位置（実線表示）と、下フランジ３０ｃの上面から退避した退避位置（二点鎖線表示）との間で変位させる。他の第２変位部４７（図４参照）、第３変位部４８も、第１変位部４６と同じに構成されている。以下の説明において、同じ構成部材には同じ符号を付して重複した説明を省略している。第２懸垂台車１２も、第１懸垂台車１１と同じに構成されている。なお、車輪４１〜４３の配置は第１懸垂台車１１とは左右が逆になっている。

図４に示すように、第１懸垂台車１１、第２懸垂台車１２には、各車輪４１〜４３の走行方向前方の障害物を検出する障害物センサ１４が設けられている。障害物センサ１４は、車輪４１〜４３が乗り越えることができない高さを有する障害物、例えば添接板３１や取付ボルトナット等を検出する。障害物センサ１４は、アクチュエータにより機械的に障害物を検出するものや、光学的、磁気的、その他の方法で障害物を検出することができるものが用いられる。

図２に示すように、第１懸垂台車１１及び第２懸垂台車１２には、レール１３が連結ブロック４５を介し着脱自在に取り付けられている。レール１３は、第１懸垂台車１１及び第２懸垂台車１２を連結し、二つの主桁２５間に架け渡される。図１に示すように、レール１３は、主桁２５の間隔Ｌ３よりも長い全長Ｌ４を有し、第１懸垂台車１１及び第２懸垂台車１２の一方又は両方から橋梁２０の幅方向（Ｙ方向）に突出している。

カメラ１５は、カメラ本体７０と、保持部７１と、昇降部７２と、カメラ台車７３とを有する。図５に示すように、カメラ本体７０は二眼カメラから構成されており、複数の撮影レンズ７０ａがＹ方向に並べて設けられる。カメラ本体７０は保持部７１により昇降部７２の上端に取り付けられている。保持部７１は、Ｙ軸を中心としてカメラ本体７０を例えば２７０°の角度範囲で回転させ、且つＺ軸を中心としてカメラ本体７０を例えば２７０°の角度範囲で回転させる。なお、これらの回転角度範囲は適宜変更してよく、要するにカメラ本体７０の姿勢を代えて、橋梁２０の下面部の全域を死角無く撮影することができればよい。

カメラ本体７０は、通常のカメラに比べて高機能化されている。例えば、ＬＥＤなどの高輝度照明器７０ｂを有し、且つ例えば１／５００秒以上の高速でシャッタ制御されることにより、カメラブレの影響が抑えられる。また、光学シフト方式などのブレ補正制御機能を有し、カメラブレの影響が抑えられる。更に、高感度撮影機能を有しノイズが低減される他に、測光エリアや制御プログラムの改良により、高精度露光制御機能によって野外の暗部での明るさ変動に対応可能にしている。二眼機能により奥行き情報を得て障害物を除去する画像処理が確実に行われる。また、二眼機能の適切な基線長さの選定と点検前校正の簡易化により、損傷部の長さを正確に測定することができる。

図２に示すように、昇降部７２はカメラ台車７３に取り付けられ、カメラ本体７０を鉛直方向（Ｚ軸方向）で移動自在に保持する。昇降部７２の昇降ストロークは、例えば２ｍである。最下降時には、カメラ台車７３の凹部７３ａ（図４参照）内にカメラ本体７０の下部が収納される。この収納時には、カメラ本体７０が、鋼鈑桁２２の各種部材に当接することが無い位置に保持される。カメラ本体７０は、最下降状態において、鋼鈑桁２２の下面部分の全体を視野に入れることができる視野角を有し、更にズーム機能も有する。また、最上昇時には、床版２３の下面に接近することができる。

図４及び図５に示すように、カメラ台車７３は、２本のレール１３間に取り付けられ、レール１３上を移動する。カメラ台車７４の前端部及び後端部には、レール１３の一部が挿入されるレール溝７３ｂが形成されている。カメラ台車７３は、レール１３を自走できる構造であれば良く、移動方式は特に限定はされない。例えば、駆動車輪、ラックアンドピニオン、ワイヤによる牽引、ボールネジなどによりレール１３を走行する。なお、実施形態では２本のレール１３としているが、これは１本のレールや３本以上のレールでも良い。レール１３の断面形状も矩形に限られることなく、円形や楕円形、その他の多角形であってもよい。また、レール１３によるカメラ台車４３の保持案内方式も特に図示のものに限定されるものではなく、他の保持案内方式を用いても良い。

図２に示すように、本実施形態では、懸垂台車１１，１２が走行する主桁２５の間（内側）のみならず、懸垂台車１１，１２が走行する主桁２５の外側も撮影が可能なように、主桁２５を超えてレール１３上を移動する。このため、懸垂台車１１，１２の連結ブロック４５がカメラ台車７３の走行の障害にならないように、懸垂台車１１，１２の下方にレール１３が取り付けられている。なお、懸垂台車１１，１２へのレール１３の取り付けは、カメラ台車７３の走行の障害にならない構造であれば良く、両持ち構造の他に片持ち構造であってもよい。レール１３の両端には、カメラ台車７３がレール１３から脱落することがないように、ストッパ１３ａが取り付けられている。

カメラ本体７０はカメラ台車７３の凹部７３ａ内に収納可能にされており、昇降部７２が最下端まで下降すると、カメラ本体７０が凹部７３ａ内に入る。このカメラ本体７０収納状態では、懸垂台車１１，１２の下部をカメラ台車７３が通り抜けることができ、主桁２５の内側から外側に移動し、主桁２５の外側部分を撮影することができる。なお、カメラ本体７０は凹部７３ａ内に必ずしも収納する必要はなく、昇降部７２が最下位まで下降した状態で、カメラ本体７０の最上部位が、主桁２５間に存在する各種補強部材の最下部位よりも下側に位置していれば良い。

図３に示すように、第１懸垂台車１１の基台４０には、第１コントローラ５１が内蔵されている。第１コントローラ５１は各懸垂台車１１，１２、カメラ本体７０、保持部７１、昇降部７２、カメラ台車７３などの各部を制御する他に、カメラ本体７０からの画像データを点検者の手元にある第２コントローラ５２に送信する。画像データは、有線又は無線方式で送信される。これら第１コントローラ５１及び第２コントローラ５２によりコントローラが構成される。

第２コントローラ５２は、図１に示すように例えばノートパソコン等から構成されている。第２コントローラ５２は、ディスプレイ５２ａ、キーボード５２ｂ、演算処理部５２ｃ（図３参照）を有する他に、データ通信部５２ｄやＵＳＢポート等を有する。ＵＳＢポートには必要に応じてジョイステック等の操作部材が接続されている。演算処理部５２ｃは、所定のアプリケーションがインストールされることにより、画像処理部１６や、懸垂台車１１，１２、カメラ台車７３、昇降部７２、保持部７１を操作させるための制御部７５や、モード切換部７６として機能する。図３にはこの機能ブロックが図示されている。

第２コントローラ５２は、キーボード５２ｂやジョイステック等の操作部材の操作を受けて制御信号を発生させ、第１コントローラ５１に制御信号を送り、各部を遠隔操作する。画像処理部１６は、第１コントローラ５１から送られてきた画像データを加工して、ディスプレイ５２ａにカメラ本体７０からのスルー画像を表示する。この他に、第１コントローラ５１からの画像データに基づき、各種補強部材の検出及び位置の特定、損傷部の検出、サイズ、位置の特定を行う。

モード切換部７６は、入力操作に応じて点検の自動モード及び手動モードを切り換える。自動モードでは、予め決められた手順に従い懸垂台車１１，１２及びカメラ台車７３を移動させ、橋梁２０の下面部分を撮影し、画像処理により各種補強部材及び損傷部を特定し、各種補強部材の位置、損傷部のサイズや評価などを記憶する。

なお、予め設定しておくことにより、一定サイズ以上の損傷部を検出した時には、アラームを発して点検者に報知することもできる。この場合には、点検者は自動モードを中断して手動モードに切り換え、ズーム撮影や撮影角度を変えた撮影を行う。

また、予め要点検箇所をマップデータとしておおよその位置を入力しておくことにより、これらの要点検箇所が撮影可能な状態になった時にアラームを発して、点検者に報知することもできる。更には、二眼カメラの視差画像を用いて３Ｄ表示画像を作成する。

以下、本発明の橋梁検査ロボットシステム１０の作用を説明する。点検員は、梯子などにより橋梁２０の下側に設けられている作業踊り場に降りることができる。作業踊り場では、検査対象の橋梁２０の複数の主桁２５それぞれに懸垂台車１１，１２が取り付けられる。この後に、カメラ台車７３が取り付けられたレール１３が懸垂台車１１，１２に取り付けられる。各種コネクタを接続した後に、自動モードを選択し、点検を指示すると、予め決められたプログラムに基づき各部が動作して、点検が自動で行われる。

自動点検では、橋脚２１間の点検対象の主桁２５の下フランジ３０ｃ上でＸ軸方向に懸垂台車１１，１２を往復させ、カメラ本体７０により点検対象部位を撮影する。先ず行き工程で、撮影可能な範囲（床版２３の下面全面と、主桁２５の上フランジ３０ｂ下面、垂直部の側面の一部）をカメラ本体７０の姿勢を変えずに、動画及び必要に応じて静止画を得る。また、この行き工程中に得られた複数の画像データを画像処理して、各種補強部材のＸＹＺ軸上での座標位置（三次元座標位置）を特定する。座標位置の特定では、先ず、横桁、対傾構２６、垂直部材などの補強部材が画像認識される。次に、認識した各補強部材について、複数の視差に基づきＸＹＺ軸方向での各補強部材の位置をカメラ本体７０からの距離として求める。求めた距離データとカメラ本体７０の位置データとに基づき、各補強部材の位置を三次元座標位置として特定する。カメラ本体７０の位置データは、懸垂台車１１，１２やカメラ台車７３の移動距離に基づき特定することができる。移動距離は、各モータの回転数や、各車輪４１〜４３の回転数などに基づき求めることができる。

また、画像処理により各種補強部材を削除した透視画を橋梁２０下部の撮影可能範囲内で得る。この複数の透視画を画像合成して、点検対象エリアの床版下面の全体画像を生成する。この全体画像に対して、周知の画像処理、例えばHaar-like特徴量（矩形領域の平均明度の差分値として求められるスカラ量であり、明度勾配の強度を表す）を用いたAdaBoost(Adaptive Boosting)による検出処理等の画像処理を行うことにより、損傷が疑われる箇所（損傷候補）を検出する。この場合、事前に用意した損傷／非損傷画像の特徴量から、学習により「損傷／非損傷」を判別する画像処理系を構築する。同様にして、点検対象エリアの主桁２５の上フランジ面及びこれに連続する垂直面の一部について、透視画を画像合成して、点検対象エリアの第１回の撮影により得られる範囲で主桁２５の全体画像を生成する。この全体画像から、損傷候補を検出する。同様にして、点検対象エリアの各補強部材の全体画像を生成し、この全体画像から損傷候補を検出する。

損傷は、腐食、亀裂、塗布膜割れなどがある。これらの損傷は他の正常部位に比べて色が変化したり、部分的に膨らんだり、亀裂が発生したりしており、これらの色や形状の変化に基づき損傷部の種別を特定する。また、損傷部のエリアの大きさから、損傷部のサイズを特定し、このサイズに応じて損傷程度を評価する。これらの画像認識や損傷程度の評価の判定精度は、事前に用意した損傷／非損傷画像の特徴量の学習効果により高められており、損傷の有無やサイズ、評価が確実に行われる。

戻り工程では、行き工程で得られた各補強部材の位置に基づき、点検対象エリアの床版２３の下面、主桁２５の内側面（上フランジ３０ｂ下面、垂直部の側面、下フランジ３０ｃの上面）が写る複数の撮影点を特定する。この特定点に戻り工程の戻り時に、順次カメラ本体７０を位置させるように、懸垂台車１１，１２、カメラ台車７３、昇降部７２、保持部７１を制御する。これにより、行き工程で撮影が不可能であった部分につき、撮影データを補充し、点検対象エリア内で死角の無い撮影が行われる。この撮影データに基づき、行き工程と同じようにして、行き工程では死角であった部分につき撮影データが補充される。これにより、点検対象エリアの床版２３の全体の透視画像、点検対象エリアの主桁２５の上フランジ面、垂直面、下フランジ面の全体の透視画像、点検対象エリアの各補強部材全体の画像などが得られる。これらの全体画像から損傷候補を検出し、損傷データを得る。

また、損傷候補に対しては必要に応じてズーム撮影等を行い、損傷部のサイズ及び形状を計測し、損傷の種別を特定し、判定精度を上げる。そして、損傷部の座標位置と共に損傷種別や損傷画像を損傷データとして記憶する。損傷部の座標位置の特定は、各懸垂台車１１，１２、カメラ台車７３、昇降部７２の移動量や保持部７１の変位量に基づき行われる。

点検調書作成モードでは、予め記憶されている所定の点検調書フォーマット文書に、損傷データを嵌め込んで点検調書を自動作成する。作成された点検調書は、点検員が確認して、編集や修正を加えることができる。自動取得した損傷データに基づき所定のフォーマットの点検調書文書に損傷データが嵌め込み合成されることにより、自動的に点検調書が作成されるため、点検者の作業時間を大幅に短縮することができる。

カメラ本体７０の視野はカメラ本体７０を複数の主桁２５間の中央に配置した時に、橋梁２０の床版２３の下面及び主桁２５の垂直部が写る範囲とされている。なお、複数の主桁２５間のＹ方向長さ（桁間長さ）が長くて一つの撮影画面範囲内に全体が写らない場合には、Ｙ方向に撮影点を複数設けて、分割撮影し、得られた分割撮影画像を合成して、橋梁２０の床版２３の下面及び主桁２５の垂直部が写るように撮影する。

なお、各補強部材の位置検出や損傷の検出に用いる画像は、動画データであっても、静止画データであってもよい。また、静止画は動画の１フレームから静止画を得てもよいし、複数のフレームの画像合成から得てもよい。

図１に示すように、左側の主桁２５は最も外側に位置するため、従来の検査方法では、懸垂台車やカメラを再度取り付けて、最も外側の主桁の外側面を再度点検する必要がある。これに対して、本実施形態では、最外側主桁２５に懸垂している懸垂台車１１のレール１３が、外側に突出しており、カメラ１５がこの懸垂台車１１の下方を通過するできる構成になっている。したがって、懸垂台車の外側部分も、内側部分の点検の際に同様にして点検することができる。このため、再度、外側の点検のために、カメラを再度取り付ける必要がなく、外側部分の点検を容易に効率良く行うことができる。

以上のように、本実施形態では、Ｘ方向に懸垂台車１１，１２を移動させて、橋脚２１の一方から他方への移動で、橋梁２０の下面部分全体の概略画像が得て、この概略画像に基づき各種補強部材の位置情報を取得し、各種補強部材を削除した透視画像に基づき損傷候補を検出し、戻り工程で損傷候補をズーム撮影などにより撮影して損傷の有無、損傷部のサイズや種別等を精度よく判定することができる。

上記実施形態では、行き工程で補強部材の位置を特定し、戻り工程で、補強部材の位置に基づき最適な撮影位置を特定し、この特定位置で損傷の有無等の特定用撮影データを得たが、行き工程で補強部材の位置と損傷部とを特定してもよい。この場合には、一定距離移動して画像データを取得した後に、この画像データに基づき補強部材の位置特定や損傷の有無、サイズ、評価を行う。なお、行き工程中には若干の戻り工程が含まれるが、行き工程中の全行程を戻ることはないので、その分だけ点検に要する時間を短縮することができる。

カメラ本体７０は、複数の視差画像を得る二眼カメラであることが好ましいが、二眼カメラを用いることなく、一眼カメラの移動による視差を用いて、補強部材や損傷を特定してもよい。また、一眼カメラによる場合に、撮影光軸を例えばＺ軸に固定し、撮影光軸に凸面鏡を配したり、魚眼レンズを用いたりして、３６０°全方向を撮影してもよい。この場合には、歪んで得られる全周画像を周知の画像処理により歪みを無くした後に、補強部材や損傷を特定することが好ましい。

上記実施形態では、懸垂台車１１，１２に障害物センサ１４を設けて障害物検出部を構成したが、これに代えて、又は加えて、カメラ本体７０による画像データに基づき、懸垂台車１１，１２の前方の障害物、例えば添接板３１やボルトナット等を検出してもよい。

上記実施形態では、各懸垂台車１１，１２に、左右に第１〜第３車輪４１〜４３を設けたが、懸垂台車１１，１２はレール１３により一体化されるため、内側に位置する第３車輪４３は省略し、左右の第１車輪４１，第２車輪４２のみで、懸垂台車１１，１２を支持してもよい。この場合には、障害物に対して退避位置にする車輪は必ず一つとして、他の３個の車輪は常に走行位置に保持する。また、第１車輪４１を基台４０の一方の側縁部に第２車輪４２を基台４０の他方の側縁部に設けてもよい。

上記実施形態では、第１懸垂台車１１及び第２懸垂台車１２を、走行位置と退避位置との間で変位可能な第１〜第３車輪４１〜４３と、下フランジ３０ｃの下面に接触して回転する下面接触車輪４４とから構成したが、この他に、図６に示す第２実施形態のように、左右の変位可能な車輪総数を４個として第１〜第３車輪４１〜４３の他に第５車輪６６と第４変位部６７とを設け、更に安定した走行を実現させてもよい。この場合にも、左右の車輪は、障害物のＸ軸方向長さＬ１よりも、そのオフセット長さＬ２を長く設定する。なお、図示は省略したが、左右の車輪は２個に限定されることなく、それぞれ３個以上としてもよい。

上記実施形態では、車輪４１〜４３を退避位置と走行位置とで揺動させるタイプとしたが、下フランジ３０ｃの上方に、走行車輪を退避させるエリアがある場合には、障害物を乗り越えるように走行車輪を上昇させて退避位置にしてもよい。この場合には、図７に示すように、懸垂台車７９の車輪８０を保持する車輪保持ブラケット８１を保持枠８２内で昇降自在に保持する。保持枠８２内には車輪保持ブラケット８１を下方に押圧するコイルバネ８３が縮装されている。したがって、添接板３１が下フランジ３０ｃから突出した部分に車輪８０が当たると、コイルバネ８３の付勢に抗して車輪保持ブラケット８１が二点鎖線で表示するように上方に退避するため、車輪８０が添接板３１を乗り越えて、通過することができる。

上記実施形態では、車輪４１〜４４，８０を用いて、懸垂台車１１，１２を走行させたが、例えば、図８に示すように、転接車輪８９を用いてもよい。この転接車輪８９は、車輪本体９０とプーリ９１と無端ベルト９２とを有する。車輪本体９０は、三角形の各頂点を丸く形成した略三角に形成されている。プーリ９１は、車輪本体９０の各頂点近くに配されている。無端ベルト９２は、プーリ９１及び車輪本体９０の外周面に配されて、図示しないモータにより回転される。この場合には、下フランジ３０ｃから突出した添接板３１に無端ベルト９２が当たると、無端ベルト９２の回転負荷が増大する。この負荷増大に応じて車輪本体９０を図示省略のモータにより回転させることにより、二点鎖線で表示されるように転接車輪８９が転がって、無端ベルト９２が添接板３１を乗り超えることができる。転接車輪８９は、図７に示す車輪保持ブラケット８１と同様の構成により又は別の周知の昇降機構により、添接板３１を乗り上げる時に車輪本体９０が上方に退避可能に保持され、且つ車輪本体９０の無端ベルト９２が下フランジ３０ｃの上面に付勢される。

上記実施形態では、二眼カメラを用いたが、この他に、赤外線カメラ等を更に設けて、点検を行ってもよい。また、懸垂台車１１，１２に、ロボットハンド等を設けて、腐食が進行している部位に叩くなどの点検処理を付加してもよい。この場合には、腐食の進行状態の確認を確実に行うことができる。更には、ロボットハンドを用いて異物の除去や回収を行ってもよい。この場合には、回収箱や落下防止ネットなどを用いて、異物の落下を阻止する。また、ロボットハンドの先端に吸引チューブを設けて、粉塵などを吸い取ってもよい。更には、空気吹き出しと吸引とを別ノズルを用いて行い、吹き出しノズルにより粉塵を吹き飛ばし、この吹き飛ばした粉塵を吸引ノズルにより回収してもよい。

本発明の検査対象となる橋梁２０は、河川、海洋及び陸上のいずれの位置に配置された橋梁も該当する。橋梁の用途も限定されることなく、人道橋、道路橋及び鉄道橋のいずれの用途でもよい。また、鋼鈑桁２２を例にして説明したが、下フランジ３０ｃを有する複数の桁を有する橋梁であればよく、構造形式や材料などは特に限定されない。

１０ 橋梁検査ロボットシステム
１１ 第１懸垂台車
１２ 第２懸垂台車
１３ レール
１４ 障害物センサ
１５ カメラ
２０ 橋梁
２１ 橋脚
２２ 鋼鈑桁
２３ 床版
２５ 主桁
３０ Ｉ型鋼材
３０ｃ下フランジ
３１ 添接板
４０ 基台
４１〜４４，６６ 車輪
４５ 連結ブロック
４６〜４８，６７ 変位部
５６ 揺動部
７０ カメラ本体
７１ 保持部
７２ 昇降部
７３ カメラ台車

Claims (10)

1. 下フランジを有する複数の主桁を前記主桁の長手方向に直交する方向に離間して並べてなる橋梁を検査する橋梁検査ロボットシステムにおいて、
   複数の前記主桁に取り付けられて前記主桁の長手方向に走行する第１懸垂台車及び第２懸垂台車と、
   前記第１懸垂台車及び前記第２懸垂台車に取り付けられ、前記第１懸垂台車及び前記第２懸垂台車が取り付けられる前記主桁の間隔よりも長く形成され、少なくとも一方の前記懸垂台車から突出するレールと、
   前記レールに取り付けられて走行し、一方の前記懸垂台車を超えて移動自在なカメラと、
   自動モード及び手動モードのモード切換部をもち、自動モードでは、前記カメラの撮影データに基づき前記橋梁の損傷部を特定し、損傷部のサイズまたは評価を記録する画像処理部と
   を備える橋梁検査ロボットシステム。
2. 前記第１懸垂台車及び２懸垂台車は、
   前記下フランジの上面に当接し、前記主桁の長手方向に離間して配置される第１車輪及び第２車輪と、
   第１車輪及び第２車輪を個別に前記下フランジの上面に接触する走行位置、前記下フランジの上面から退避した退避位置の間で変位する第１変位部及び第２変位部と
   を有する請求項１記載の橋梁検査ロボットシステム。
3. 前記第１変位部及び第２変位部は、前記第１車輪及び第２車輪の走行の障害となる障害物を検出する障害物センサを有し、障害物センサからの障害物検出信号に基づき前記第１車輪又は第２車輪を走行位置から退避位置にする請求項２記載の橋梁検査ロボットシステム。
4. 前記障害物の前記主桁長手方向長さに比べて、前記懸垂台車に前記主桁の長手方向に離間して配される前記第１車輪及び前記第２車輪の主桁長手方向でのオフセット長さが長い請求項３記載の橋梁検査ロボットシステム。
5. 前記第１懸垂台車及び２懸垂台車は、
   前記下フランジの上面に当接し、前記主桁の長手方向に離間して配置される第１車輪及び第２車輪と、
   第１車輪及び第２車輪を個別に前記下フランジの上面に接触する走行位置、前記下フランジの上面からの突出物を乗り越える乗り越え位置の間で変位する第１変位部及び第２変位部と
   を有する請求項１記載の橋梁検査ロボットシステム。
6. 前記カメラは、カメラ本体と、前記カメラを昇降させる昇降部と、前記昇降部を前記レール上で移動させるカメラ台車とを有する請求項１から５いずれか１項記載の橋梁検査ロボットシステム。
7. 前記カメラ本体は、複数の視差画像を得る二眼カメラである請求項６記載の橋梁検査ロボットシステム。
8. 前記画像処理部は、複数の視差に基づき前記複数の主桁間にある部材の位置を前記カメラ本体からの距離として検出し、前記懸垂台車及びカメラ台車の移動距離に基づき前記部材の三次元座標位置を特定し、前記三次元座標位置に基づき前記部材を回避する前記カメラ本体の撮影位置を特定する請求項７記載の橋梁検査ロボットシステム。
9. 前記第１懸垂台車及び前記第２懸垂台車は、前記下フランジの下面に接触する下面接触車輪を有する請求項１から８いずれか１項記載の橋梁検査ロボットシステム。
10. 前記第１懸垂台車と前記第２懸垂台車と前記カメラとを遠隔操作するコントローラを有する請求項１から９いずれか１項記載の橋梁検査ロボットシステム。

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